CN104538294A - 一种碳化硅欧姆接触电极及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅欧姆接触电极及其制作方法。所述制作方法包括：提供SiC晶圆材料，并对所述SiC晶圆表面进行清洁；在所述SiC晶圆表面上淀积欧姆接触金属Ni；在所述欧姆接触金属Ni上面淀积TiW合金；对欧姆接触进行高温退火，完成SiC欧姆接触结构的制作。本发明中由于TiW合金具有一定的抗氧化性能，可以防止欧姆接触退火以及后续的工艺的过程中欧姆接触部分氧化失效；且TiW/Ni/SiC结构相对于Ni/SiC结构的欧姆接触具有更好的可靠性。
Description
技术领域
本发明适用于碳化硅器件制造领域，尤其是一种碳化硅欧姆接触电极及其制作方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，具有高的禁带宽度(2.4-3.3eV)、高的热导率(5-7W·cm-1K-1)、高的临界击穿电场(＞2×105V·cm-1)、与硅(Si)相当的电子迁移率、化学性能稳定、高硬度、耐摩擦、以及抗辐射等一系列的优点，在高温、高频、大功率等方面有着广泛的应用。
欧姆接触作为半导体制造中的一种关键工艺技术，它的目的是使得半导体材料施加电压时接触处的压降足够小以至于不影响器件的性能。如果欧姆接触电阻的可靠性差，会使得器件的开态电阻升高，严重时会引起器件的性能。SiC欧姆接触制备，由于需要高的退火温度，在器件的制备过程中，需要提前制备，以防止高温退火工艺对后续工艺的影响。但是后续工艺中的一些化学、物理作用，也会形成对SiC欧姆接触的破坏，所以要对欧姆接触处进行保护，防止后续工艺以及器件使用中对于欧姆接触的损伤。
由于SiC材料具有良好的高温特性，所以欧姆接触的热稳定性成为限制碳化硅发挥其性能的关键因素。
目前，SiC上欧姆接触层通常为金属或者合金。但是这些物质通常面临着硬度低，易被机械损伤；耐腐蚀性差，容易被后续工艺腐蚀污染；抗氧化能力弱，高温工艺中易被氧化；热稳定性差等缺点。这些缺点都会引起欧姆接触的损伤，造成欧姆接触电阻升高，甚至失效，使器件的可靠性降低。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种碳化硅欧姆接触电极及其制作方法。
为了实现上述性能，本发明提供了一种碳化硅欧姆接触电极制作方法，其包括以下步骤：
步骤一：提供SiC晶圆材料，并对所述SiC晶圆表面进行清洁；
步骤二：在所述SiC晶圆表面上淀积欧姆接触金属Ni；
步骤三：在所述欧姆接触金属Ni上面淀积TiW合金；
步骤四：对欧姆接触进行高温退火，完成SiC欧姆接触结构的制作。
本发明还提供了一种碳化硅欧姆接触电极，其包括：
半导体晶圆；
形成于所述半导体晶圆上的Ni金属；
形成于所述Ni金属层上的TiW合金。
本发明利用TiW/Ni/SiC结构制作SiC欧姆接触。首先，由于TiW合金具有一定的抗氧化性能，可以防止欧姆接触退火以及后续的工艺的过程中欧姆接触部分氧化失效。其次，在400℃，N2气氛下老化试验发现，TiW/Ni/SiC结构相对于Ni./SiC结构的欧姆接触具有更好的可靠性，如图1所示，TiW/Ni/SiC结构在老化试验100小时后才出现了欧姆特性的退化，而Ni/SiC结构则在20小时老化后就完全失效。这是由于欧姆接触退火及老化过程中，Ti、W分别与碳(C)反应，形成C化物，延迟了C聚集成石墨。如图2Ni/SiC结构XRD曲线所示，Ni/SiC结构在老化20小时后，出现了很强的石墨峰。而TiW/Ni/SiC结构在老化100小时后才出现了较弱的石墨峰，如图3所示。TiW/Ni/SiC结构除了增强了欧姆接触的高温可靠性，还使得欧姆接触的表面保持了平滑的状态。如附3所示，欧姆接触退火及老化过程中，TiW/Ni/SiC结构始终保持了光滑的表面，而Ni/SiC结构，表面则逐步变粗糙。
附图说明
图1(a)为Ni/SiC结构在欧姆接触形成后及400℃，N2气氛下老化10小时与20小时的IV曲线；
图1(b)为TiW/Ni/SiC结构在欧姆接触形成后及400℃，N2气氛下老化60小时与100小时的IV曲线；
图2为Ni/SiC结构在Ni金属淀积后-Sample A，欧姆接触退火后-Sample B，及400℃，N2气氛下老化20小时后-Sample C的XRD曲线；
图3为TiW/Ni/SiC结构在Ni金属淀积后-Sample D，欧姆接触退火后-Sample E，及400℃，N2气氛下老化60小时后-Sample F，N2气氛下老化60小时后-Sample G的XRD曲线；
图4Ni/SiC结构与TiW/Ni/SiC结构的表面显微镜照片；
图5是本发明中TiW/Ni/SiC结构的欧姆接触结构的剖面示意图；
图6是本发明实施实例中原始的N型4H-SiC晶圆以及上面的绝缘层SiO2的剖面示意图。
图7是本发明实施实例中N型4H-SiC在光刻并刻蚀掉欧姆接触部分SiC上的SiO2后的剖面示意图；
图8是本发明实施实例中N型4H-SiC上溅射完欧姆接触金属Ni和TiW合金后的剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种利用TiW/Ni/SiC结构制作SiC欧姆接触的方法，用于提高器件可靠性。本方法主要是在清洁的SiC表面上，首先淀积欧姆接触金属Ni，然后在已经淀积的欧姆接触层上淀积TiW合金，最后对半导体进行高温退火。
为进一步说明本发明的特征和技术方案，以下结合附图通过具体实施例的描述，进一步详细说明本发明的结构、优点和性能。
本发明提出的一种利用TiW/Ni/SiC结构制作SiC欧姆接触的方法，其包括：
步骤一：提供SiC晶圆材料，并对所述SIC晶圆表面进行清洁；
步骤二：在SiC表面上淀积欧姆接触金属Ni；
步骤三：在欧姆接触金属Ni上面淀积TiW合金；
步骤四：对欧姆接触进行高温退火。
其中步骤一中所提供的SiC表面既可以为N型掺杂也可以为P型掺杂，其上制作欧姆接触的位置的掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
其中步骤一中的SiC可以是各种类型的SiC，如4H-SiC，6H-SiC，3C-SiC等。
其中步骤二中的欧姆接触金属Ni所采用的淀积方法可以采用蒸发、直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积(APCVD)、离子束辅助沉积法(IBAD)等各种淀积方法进行沉积。
其中步骤二中的欧姆接触金属Ni的厚度可以是
其中步骤三中淀积的TiW的厚度为所采用的淀积方法可以采用直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积(APCVD)、金属有机物化学气相淀积(MOCVD)、离子束辅助沉积法(IBAD)等各种淀积方法进行沉积。
其中步骤四中的退火温度可以从300℃变化到1200℃，在惰性气体(如N2、Ar等)的保护气氛中进行。
本发明提出的利用TiW/Ni/SiC结构制作SiC欧姆接触的方法中，首先，由于TiW合金具有一定的抗氧化性能，可以防止欧姆接触退火以及后续的工艺的过程中欧姆接触部分氧化失效。其次，在400℃，N2气氛下老化试验发现，TiW/Ni/SiC结构相对于Ni/SiC结构的欧姆接触具有更好的可靠性，如图1(b)所示，TiW/Ni/SiC结构在老化试验100小时后才出现了欧姆特性的退化，而如图1(a)所示，Ni/SiC结构则在20小时老化后就完全失效。这是由于欧姆接触退火及老化过程中，Ti、W分别与碳(C)反应，形成C化物，延迟了C聚集成石墨。如图2Ni/SiC结构XRD曲线所示，Ni/SiC结构在老化20小时后，出现了很强的石墨峰。而TiW/Ni/SiC结构在老化100小时后才出现了较弱的石墨峰，如图3所示。TiW/Ni/SiC结构除了增强了欧姆接触的高温可靠性，还使得欧姆接触的表面保持了平滑的状态。如图3所示，欧姆接触退火及老化过程中，TiW/Ni/SiC结构始终保持了光滑的表面，而Ni/SiC结构，表面则逐步变粗糙。如图4所示，第一行三幅照片(a)-(c)分别为Ni/SiC结构金属淀积完成后，欧姆接触形成后，及400℃，N2气氛下老化20小时表面照片；第二行三幅照片(c)-(d)分别为TiW/Ni/SiC结构金属淀积完成后，欧姆接触形成后，及400℃，N2气氛下老化100小时
图5示出了利用上述方法制作的TiW/Ni/SiC型的欧姆接触结构的剖面示意图。如图5所示，本发明还提出了一种TiW/Ni/SiC型的欧姆接触结构，其包括：
半导体晶圆；
形成于所述半导体晶圆上的Ni金属；
形成于所述Ni金属层上的TiW合金。
下面以4H-SiC晶圆材料为例来说明本发明提出的上述方法。该方法包括：
用RCA标准清洗N型半导体4H-SiC，其上有一层绝缘层SiO2，如图6所示。制作光刻版后，采用紫外曝光技术，在SiC表面制作预期的欧姆接触电极图案后，采用BOE缓冲液刻蚀掉欧姆接触部分SiC上的SiO2，如图7所示。然后采用射频磁控溅射技术在SiC表面淀积一层Ni金属，做欧姆接触层，在Ni上继续采用射频磁控溅射技术在SiC表面淀积一层TiW合金，淀积完成后结构如图8所示。制作完成后在N2气氛的快速退火炉中对欧姆接触进行快速退火，形成欧姆接触。
应当指出的是，上述实施实例只是用具体的实例来说明本发明，他不应该对本发明限制。对于本领域的技术人员而言，在不偏离权利要求的宗旨和范围时，可以有多重形式和细节的变化。
Claims (9)
1.一种碳化硅欧姆接触电极制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：提供SiC晶圆材料，并对所述SiC晶圆表面进行清洁；
步骤二：在所述SiC晶圆表面上淀积欧姆接触金属Ni；
步骤三：在所述欧姆接触金属Ni上面淀积TiW合金；
步骤四：对欧姆接触进行高温退火，完成SiC欧姆接触结构的制作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中所提供的SiC晶圆表面既可以为N型掺杂也可以为P型掺杂，用于制作欧姆接触结构的位置处掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中的SiC晶圆包括4H-SiC，6H-SiC或3C-SiC。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中的欧姆接触Ni所采用的淀积方法包括蒸发、直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积(APCVD)或离子束辅助沉积法(IBAD)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中欧姆接触Ni的厚度可以是
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中淀积的TiW厚度为所采用的淀积方法包括直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积(APCVD)、金属有机物化学气相淀积(MOCVD)或离子束辅助沉积法(IBAD)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中的退火温度可以从300℃变化到1200℃，在惰性气体的保护气氛中进行。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二具体包括：
制作光刻版后，采用紫外曝光技术，在SiC表面制作欧姆接触电极图案；
采用BOE缓冲液刻蚀掉所述欧姆接触电极图案位置的SiO2；
采用射频磁控溅射技术在所述欧姆接触电极图案位置表面淀积一层Ni金属。
9.一种碳化硅欧姆接触电极，其包括：
半导体晶圆；
形成于所述半导体晶圆上的Ni金属；
形成于所述Ni金属层上的TiW合金。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150422 |